Лекции по "Режущий инструмент"

    При использовании напайных твердосплавных режущих пластин длина главной  режущей кромки отрезного резца  должна быть не менее 5 мм. Для повышения жесткости в вертикальной плоскости головка резца обычно делается утолщенной, а режущая кромка во избежание отрыва твердосплавной пластины устанавливается ниже оси центров станка на расстоянии 0,5... 1,0 мм.

    Передний  угол оказывает большое влияние  на виброустойчивость отрезных резцов, которая снижается с его уменьшением. Поэтому рекомендуется затачивать угол 15...20° с упрочняющей фаской шириной 0,2...0,3 мм, задний угол 10...12°.

    Строгальные и долбежные резцы - это инструменты, работающие с ударной нагрузкой в момент периодически повторяющегося врезания. Из-за консольного крепления таких резцов со сравнительно большим вылетом их державки подвергаются упругим деформациям и вибрациям. Эти резцы работают со сниженными скоростями резания из-за больших инерционных масс и сечениями среза, в 1,5-2 раза большими, чем при токарной обработке. По этим причинам условия резания неблагоприятны для использования твердосплавных пластин, поэтому чаще всего эти резцы изготавливают из быстрорежущих сталей.

    Во  избежание внедрения задней поверхности  строгального резца в обработанную поверхность заготовки из-за упругих деформаций державки его вершина должна быть расположена на одном уровне с опорной поверхностью, и поэтому державка имеет изогнутую форму.

    Величины  геометрических параметров строгальных  и долбежных резцов обычно принимают  близкими к принятым для токарных резцов, за некоторыми исключениями. Так, для предохранения выкрашивания вершины резцов при работе с ударами угол наклона режущей кромки увеличивают до 10... 12°. При несвободном строгании рекомендуется главный угол в плане 20...45°. Для чистовых операций желательно снижать вспомогательный угол в плане до 0.

    Твердосплавные  резцы - это резцы, оснащенные пластинами твердого сплава, обеспечивающие высокую производительность и получившие наибольшее распространение на практике. Пластины крепятся к державке пайкой или механическим путем. Цельные твердосплавные резцы изготавливают только малых размеров.

    Использование пайки стандартных пластин из твердого сплава, имеющих разнообразную  форму, позволяет получать компактные конструкции резцов. Последние после заточки имеют оптимальные значения геометрических параметров и характеризуются эффективным использованием твердого сплава благодаря многократной переточке. Однако пайке присущ такой существенный недостаток, как появление внутренних термических напряжений в спае и в самих пластинах из-за большой разницы (примерно в 2 раза) коэффициентов линейного расширения твердого сплава и стальной державки. При охлаждении после пайки возникающие напряжения приводят к образованию микротрещин в пластинах, которые вскрываются при заточке или в процессе резания. Микротрещины приводят к выкрашиванию и даже к поломкам пластин. Обычно применяемые технологические приемы по снятию напряжений: релаксация путем замедления скорости охлаждения, использование компенсационных прокладок и другие - не решают полностью этой проблемы. Избавиться от напряжений можно только путем применения сменных многогранных пластин (СМП), которые механически крепятся к корпусу инструмента. По мере затупления пластин путем их поворота производится обновление режущих кромок, что обеспечивает их быстросменность и не требует переточек.

    Инструменты, оснащенные СМП, по сравнению с напайными, имеют следующие преимущества: более  высокие прочность, надежность и  стойкость; меньшие расходы на смену и утилизацию пластин; меньшие простои оборудования при замене и наладке инструмента, что особенно важно при эксплуатации современных дорогостоящих станков с ЧПУ и автоматических линий; более благоприятные условия для нанесения на пластины износостойких покрытий, что позволяет значительно (до 4-5 раз) повысить их стойкость, а следовательно, и производительность процесса резания; меньшие потери остродефицитных материалов (вольфрама, кобальта, тантала и др.) за счет увеличения возврата пластин на переработку.

    Недостатки  инструментов, оснащенных СМП: высокая  стоимость из-за их высокой точности, а следовательно, высокой трудоемкости изготовления пластин и инструмента в целом; повышенные габариты корпусов инструментов из-за необходимости размещения в них элементов крепления пластин; невозможность полного обеспечения оптимальной геометрии режущей части инструмента из-за заданной формы пластин и условий их крепления.

    По  числу режущих кромок и форм пластины имеют различные исполнения, закрепленные в международных и национальных стандартах.

    Геометрические  параметры инструментов, оснащенных СМП, определяют в статике при изготовлении пластин и корректируют при их закреплении в корпусе инструмента с учетом кинематики станка и условий резания.

    По  геометрическим параметрам СМП делятся на: а) негативные (γ= 0°,  α= 0°); б) позитивные (γ= 0°,  α> 0°); в) негативно-позитивные (γ> 0°,  α= 0°).

    Задний  угол при установке негативных и  негативно-позитивных пластин создается  за счет их поворота при креплении  в державке резца. При этом у негативных пластин передние углы становятся отрицательными а, у негативно-позитивных пластин угол γ уменьшается на величину угла α. У позитивных пластин угол γ равен углу поворота пластины по часовой стрелке, а угол α уменьшается на эту же величину.

    Существует  множество конструкций резцов, различающихся  по способу крепления СМП, часть которых с целью удобства крепления изготавливают с отверстиями. Анализ многочисленных конструктивных решений крепления пластин позволил свести их к следующим схемам крепления: а)прихватом сверху; б)рычагом через отверстие с прижатием к боковым стенкам гнезда; в)винтом с конической головкой; г)штифтом через отверстие и прихватом сверху.

Рисунок 9 – Схемы механического крепления твёрдосплавных СМП

    Пластины  негативные и негативно-позитивные крепятся чаще всего прихватом сверху или штифтом через отверстие  и прихватом сверху. Последняя обеспечивает более надежное крепление. Крепление винтом используется для малонагруженных пластин и является простым и компактным.

    У резцов наибольшее распространение  получили пластины с отверстием. Благодаря этому обеспечиваются свободный сход стружки по передней поверхности и значительно меньшие габариты элементов крепления, размещаемых в корпусе державки.

    Резцы, оснащенные керамикой и синтетическими сверхтвердыми материалами. Указанные материалы обладают высокими твердостью, износо- и теплостойкостью, благодаря чему обеспечивают значительное повышение производительности и стойкости, высокие точность и качество обработанной поверхности. Их недостатком является низкая прочность режущего клина, которая ограничивает область их применения. Наибольшую эффективность они показали при чистовом точении сталей, особенно закаленных, чугунов различной твердости и даже твердых сплавов с содержанием кобальта выше 25 %. При этом обработка должна проводиться на высокоточных, жестких, скоростных и мощных станках с ЧПУ последнего поколения.

    Поставляется  режущая керамика в виде неперетачиваемых многогранных пластин круглой, квадратной, треугольной и ромбической форм различных размеров. Негативные керамические пластины крепятся в основном в тех же державках, что и твердосплавные, прихватом сверху.

    К группе сверхтвердых материалов, как  уже отмечалось, относят алмазы (природные  и синтетические) и композиты  на основе поликристаллов кубического нитрида бора (эльбора).

    Так как алмазы имеют очень малые  размеры, то их крепление осуществляется пайкой или механическим путем. Крепление алмаза пайкой осуществляется либо непосредственно в державку, либо с применением промежуточных вставок. В последнем варианте вставка прессуется и спекается вместе с алмазом методом порошковой металлургии.

    Геометрические  параметры заточки алмазных резцов: γ = 0...-50,  α= 8... 12°,  φ= 15...45°. Вершина  резца в плане выполняется  со округлением 0,2.. .0,8 мм или с несколькими фасками. В сечении, нормальном к режущей кромке, радиус скругления режущего клина достигает величины < 1 мкм. Благодаря этому алмазное точение позволяет снизить шероховатость обработанной поверхности до 0,08...0,32 мкм и повысить точность обработки до Н 5...7. При точении и растачивании цветных металлов, пластмасс и композиционных материалов стойкость алмазных резцов во много раз выше стойкости твердосплавных резцов. Алмазные резцы могут работать более 200...300 ч без подналадок и смены инструмента, что особенно важно для автоматизированного производства, при этом алмазы массой 0,5...0,6 карата допускают 6...10 переточек.

    При точении деталей из закаленных углеродистых сталей, легированных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, а также высокопрочных чугунов применяются резцы, оснащенные поликристаллическими сверхтвердыми материалами (ПСТМ) из кубического нитрида бора. В настоящее время промышленностью освоен выпуск таких пластин трехгранной, круглой, квадратной и ромбической форм небольших размеров с диаметром вписанной окружности 4...12,7 мм, толщиной 3...5мм (γ=0, α=0...11). Крепление таких пластин осуществляется прихватом сверху.

    В последние годы стали применяться  двухслойные пластины, которые представляют собой твердосплавную пластину с нанесенным слоем поликристаллов кубического нитрида бора на ее наружной поверхности или с напайками по ее уголкам. Такие пластины имеют более крупные размеры и их можно крепить механическим путем в державках, применяемых для крепления твердосплавных пластин.

    Фасонные  резцы. Эти резцы применяются для обработки тел вращения, имеющих наружные или внутренние фасонные поверхности. Обработка этими резцами обычно ведется на станках-автоматах и револьверных станках в условиях крупносерийного или массового типа производства. В качестве заготовок деталей чаще всего используют калиброванный прокат в виде прутка.

    В сравнении с другими типами резцов фасонные резцы имеют следующие преимущества: обеспечивают идентичность формы детали и высокую точность размеров, не зависящую от квалификации рабочего; обладают высокой производительностью за счет большой длины активной части режущей кромки; имеют большой запас на переточку; достаточно простой переточки по плоскости передней грани; не требуют больших затрат времени на наладку и настройку станка.

    К числу недостатков фасонных резцов можно отнести: сложность изготовления и высокую стоимость; резцы - специальные, так как они пригодны для изготовления деталей только заданного профиля; большие радиальные нагрузки у резцов, работающих с радиальной подачей, вызывают вибрации и упругие деформации нежестких заготовок, что требует снижения подачи и уменьшает производительность; кинематические передние и задние углы фасонных резцов в процессе резания меняются по длине режущих кромок в большом диапазоне, существенно отличаясь от оптимальных значений.

    Основные  типы фасонных резцов: стержневые, круглые, призматические радиальные, призматические тангенциальные. Из них наибольшее применение нашли круглые и призматические резцы, работающие с радиальной подачей.

    Стержневые  резцы подобны призматическим, но имеют малый запас на переточку. Они применяются в основном для затылования фрез, а также для нарезания резьбы. Крепление этих резцов в суппорте станка подобно креплению токарных резцов.

    Призматические  тангенциальные резцы позволяют  обрабатывать детали малой жесткости, но требуют специальных станков и поэтому на практике применяются очень редко. Их недостатком также является переменность передних и задних углов в процессе снятия припуска.

    Сравнение круглых и призматических резцов, работающих с радиальной подачей, показывает, что круглые резцы более технологичны и могут быть изготовлены с большей точностью. Однако они обладают меньшим запасом на переточку и меньшей жесткостью крепления, так как у насадных резцов диаметр оправки зависит от диаметра резца. Последний рекомендуется брать не более 100 мм из-за ухудшения качества быстрорежущей стали, используемой для изготовления таких резцов. Призматические резцы имеют большую жесткость и крепятся с помощью ласточкина хвоста в державках стержневого типа, обладают большим запасом на переточку и обеспечивают большую точность обработки. Для обработки внутренних фасонных поверхностей используются только круглые фасонные резцы с креплением на станке с помощью хвостовика, выполненного за одно целое с резцом.

    Особенностью фасонных резцов, работающих с радиальной подачей, является переменное значение передних и задних углов по длине режущей кромки. У круглых резцов задний угол α создается за счет превышения центра резца над центром детали на величину h, а передний угол γ - за счет выреза по плоскости передней поверхности, отстоящей от центра на величину H.

    В других точках режущей кромки углы γ и α в сечении, перпендикулярном к оси резца, зависят от положения координатных плоскостей (основной и резания) и касательных к задней и передней поверхностям. При этом след основной плоскости проходит через режущую кромку и радиус, проведенный в точку режущей кромки из центра детали, а след плоскости резания проходит через вектор окружной скорости резания. Касательная к задней поверхности в разных точках режущей кромки - это нормаль к радиусу, проведенному из центра резца.

    Из  сказанного следует, что по мере приближения  точки режущей кромки к центру резца происходит поворот координатных плоскостей по часовой стрелке и  в любой i-й точке, отстоящей от вершины ближе к центру резца, задний угол αi > α, а γi < γ. Касательные к задней поверхности у круглых резцов также поворачиваются, но в противоположном направлении, т.е. против часовой стрелки.